Il carbonio è l’elemento tipico della materia vivente, della quale costituisce lo scheletro e, insieme ad altri elementi entra a far parte dei protidi, degli acidi nucleici, dei glucidi e dei lipidi che costituiscono i composti fondamentali del metabolismo cellulare.
In natura il carbonio è presente in larga quantità sotto forma di carbonati nella litosfera, di bicarbonati nell’idrosfera e di diossido di carbonio nell’atmosfera.
Le piante non sono capaci di utilizzare per il loro nutrimento i carbonati presenti nel terreno, ma lo utilizzano come diossido di carbonio dell’aria e dell’acqua.
L’anidride carbonica presente nell’aria e nell’acqua è trasformata ad opera degli organismi autotrofi per via fotosintetica o chemiosintetica in composti organici, come il glucosio, e quindi in composti che entrano a far parte della sostanza vivente.
Le sostanze organicate dagli autotrofi vengono utilizzate come alimenti dagli animali e da tutti gli organismi eterotrofi.
La FOTOSINTESI è operata solo da piante verdi o più esattamente da tutti gli organismi che possiedono la clorofilla. La CHEMIOSINTESI è un altro processo mediante il quale il carbonio viene organicato in organismi che pur essendo privi di clorofilla, sono ugualmente autotrofi. Si tratta di alcuni batteri che effettuano il processo di organicazione dell’anidride carbonica usando energia chimica che deriva dall’ossidazione di sostanze inorganiche presenti nel substrato nel quale vivono come: l’ammoniaca (NH3), i nitrati (NO3-), i sali ferrosi (Fe2+ ), l’acido solfidrico (H2S), ….
L’organicazione del carbonio comporta continue sottrazioni di anidride carbonica dall’atmosfera: le piante presenti sulla Terra pare che ne sottraggano ogni anno circa 60 miliardi di tonnellate; nonostante ciò la concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera è costante in quanto si realizzano, contemporaneamente, altri fenomeni mediante i quali la sostanza organica viene ossidata e ritrasformata in anidride che ritorna nell’aria. Gli animali sono in grado di effettuare la respirazione cellulare per cui una grossa quantità di sostanza organica è convertita in anidride carbonica che da sola non basta a garantire il rimpiazzo di anidride sottratta dalle piante che convertendola in cellulosa rimane intrappolata e difficilmente rimineralizzabile. La sintesi di cellulosa è così imponente che in pochi anni il depauperamento di anidride carbonica sarebbe garantito; fortunatamente la maggior parte della cellulosa prodotta dalle piante, ogni anno con l’autunno, con la caduta delle foglie, va a finire nel terreno dove ci sono dei microrganismi in grado di digerirla grazie ad enzimi cellulosolitici che la mobilitano. Questi batteri demolendo la cellulosa ottengono l’energia utile al loro metabolismo garantendo la restituzione all’aria di anidride carbonica.
L’anidride carbonica si ottiene anche dalla combustione di carbone, petrolio e combustibili organici o dai fenomeni geologici, che però non si riversa completamente nell’atmosfera, ma gran parte di essa è fissata in composti minerali come i carbonati di calcio e magnesio o disciolta in acqua come bicarbonati.